專利名稱：具有基于led的照明模塊的投影顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影顯示裝置，該投影顯示裝置包括照明模塊和 至少一個用于將來自照明模塊的光投射到投影屏幕上的圖像投影透 鏡。本發(fā)明還涉及用于投影顯示裝置的圖像光生成系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
投影顯示裝置是把圖像投射到投影屏幕上的顯示裝置。投影顯示 裝置的示例包括例如背投電視機和計算機圖像投影儀。典型地，投影顯示裝置包括照亮一個或多個圖像形成裝置的光源。 來自光源的照明光從圖像形成裝置被反射或通過圖像形成裝置透射， 并且這個所反射或透射的照明光典型地經(jīng)由投影透鏡的系統(tǒng)而被投射 到屏幕上。圖像形成裝置的示例包括透射式LCD面板和反射式LCD面板，比 如LCoS (硅基液晶)面板，以及數(shù)字微鏡面板，比如由Texas, Piano 的Texas Instruments提供的通常稱為DLpT"的面板。目前，UHP (超高性能)燈被常規(guī)地用作投影顯示裝置中的光源，然而，發(fā)光二極管(LED)領(lǐng)域的最新進展使得LED的亮度提高， 并且在將來幾年中，據(jù)預期LED的亮度會進一步提高，這使得基于LED 的投影顯示裝置成為基于UHP的投影顯示裝置的有吸引力的替代方案。照明圖像形成裝置的光的最終亮度決定顯示裝置的流明輸出，并 且照明圖像形成裝置的光的最終亮度依賴于照明光的光學徑角性 (etendue);對于給定的光源輸出功率，如果增加光學徑角性，則所得 到的光亮度降低，即每單位面積上照射圖像形成裝置的光功率減少。因而，重要的是光源的光通量密度是守恒的(conserved)。光學系統(tǒng)的光學徑角性s由公式s-A,Q計算，其中A是發(fā)射器或接 收器的面積，而Q是發(fā)射或接收的立體角(單位球面度)。亮度(B)被定義為每面積(A)和每單位立體角(Q)所發(fā)射的流 明量(O):<formula>formula see original document page 6</formula>
在US 2006/0139580 Al中公開了基于LED的投射顯示裝置，其中 光源包括多個發(fā)光二極管，所述多個發(fā)光二極管把光發(fā)射到光收集系 統(tǒng)中，該光收集系統(tǒng)把來自LED的光轉(zhuǎn)換成基本遠心的照明光束。然 后該光束穿過積分通道(integrating tunnel)以形成具有基本均勻的亮度橫截面分布的光束。LED典型地以大立體角發(fā)射光(比如Lambertian半球發(fā)射)。因 此，為了收集盡可能多的由LED發(fā)射的光，典型地由并排透鏡或準直 漏斗體(funnel )組成的光收集系統(tǒng)被布置在每個發(fā)光二極管的前面。 然而，這會導致積分通道的橫截面面積明顯大于發(fā)光二極管的組合面 積。因而，光學徑角性從發(fā)光二極管到積分通道被提高很多。此外，為了使離開積分通道的光束具有基本均勻的亮度橫截面分布，這個通道的長度必須具有相當大的長度，這限制了制作緊湊式投影顯示裝置的可能性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是至少部分地克服這個問題并且提供不需要積 分通道的基于LED的投影顯示裝置。本發(fā)明的另一個目的是提供具有光學徑角性守恒的光源的基于 LED的投影顯示裝置。這些目的以及其它目的可以通過根據(jù)所附權(quán)利要求的投影顯示裝 置至少部分地實現(xiàn)。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于若干分離準直器的智能布置的光準直及 混合結(jié)構(gòu)既可以用來準直來自發(fā)光二極管的光又可以用來基本均勻地 混合來自分開的發(fā)光二極管的光而基本不會增加光源的光學徑角性， 其中所述分離準直器至少部分地布置在彼此之內(nèi)并且具有選擇性透射 與反射側(cè)壁。因此，在第一方面中，本發(fā)明涉及一種投影顯示裝置，該投影顯 示裝置包括照明模塊和用于將來自所述照明模塊的光投射到投影屏幕 上的至少一個投影透鏡。所述照明模塊包括至少兩個照明單元，每個照明單元包括在相應 發(fā)光二極管的前面布置的準直漏斗體。每個準直漏斗體包括朝所述相應發(fā)光二極管布置的輸入?yún)^(qū)、比所 述輸入?yún)^(qū)大的輸出區(qū)以及連接所述輸入?yún)^(qū)與所述輸出區(qū)的側(cè)壁。每個準直漏斗體的側(cè)壁對于來自相應發(fā)光二極管的光是反射性的。每個準直漏斗體的輸出區(qū)與所述至少兩個準直漏斗體中的至少一 個其它準直漏斗體的輸出區(qū)至少部分重疊.每個準直漏斗體的側(cè)壁的一部分對于來自發(fā)光二極管的光是透射 性的，所述部分位于所述至少兩個準直漏斗體中的一個其它準直漏斗 體的輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)之間的光路中，所述發(fā)光二極管對應于所述一個 其它準直漏斗體。來自每個發(fā)光二極管的光可以由分離的相應準直漏斗體進行準 直。由于可能把分離的準直漏斗體部分地布置在彼此之內(nèi)，所以總輸 出面積小于每個準直漏斗體的輸出面積乘以漏斗體的數(shù)目。因此，離開照明模塊的光的亮度(B)會很高，原因在于能夠使總輸出面積(A) 保持很小。此外，由于分離的漏斗體的輸出區(qū)至少部分地重疊，所以將在照 明模塊中實現(xiàn)良好的光混合。在本發(fā)明所用的照明模塊中，來自發(fā)光二極管的光因而在相同的 結(jié)構(gòu)中被準直和混合，而不是如現(xiàn)有技術(shù)的情況那樣，在一個結(jié)構(gòu)中 對光進行準直然后在下一個結(jié)構(gòu)中對光進行混合(或反之亦然)。這 顯然簡化了本發(fā)明的投影顯示裝置的設(shè)計，并且減少或甚至消除了對 積分通道的需要。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的投影顯示裝置還包括圖像形成裝置， 該圖像形成裝置被布置在所述照明模塊和所述至少一個投影透鏡之間 的光束路徑中以由所述照明模塊照明。所述圖像形成裝置對來自所述 照明模塊的光進行空間調(diào)制以形成待由所述投影透鏡投射的圖像光.圖像形成裝置可以是反射式或透射式圖像形成裝置。圖像形成裝 置對照明該圖像形成裝置的光的若干部分進行選擇性反射或透射，以 使得光的選擇性反射或透射的部分(即圖像光)代表能夠被投射的圖 像。在本發(fā)明的實施例中，照明模塊可以包括至少三個照明單元，比 如至少四個照明單元。在包括三個照明單元的照明模塊中，可獲取發(fā)白光照明模塊，例如RGB (紅-綠-藍)。在包括四個照明單元的照明模塊中，能夠獲取 RGBA (紅-綠-藍-琥珀色)。這樣的照明模塊能夠產(chǎn)生較大顏色可變性 的光.在本發(fā)明的實施例中，準直漏斗體的側(cè)壁的部分設(shè)有二向色濾光 器，所述部分位于一個其它照明單元的準直漏斗體內(nèi)，所述二向色濾 光器對來自所述其它照明單元的發(fā)光二極管的光是透射性的。布置濾光器以處理選擇性透射和反射的可能性給設(shè)計準直結(jié)構(gòu)提 供了自由度，原因在于濾光器能夠被布置在用于形成準直器的側(cè)壁的 任材料上，或者甚至可以構(gòu)成用于形成準直器的側(cè)壁的材料。為了獲取選擇性反射和選擇性透射，側(cè)壁的所述部分設(shè)有具有期 望特性的濾光器材料，典型地涂有具有期望特性的濾光器材料，或由 具有期望特性的濾光器材料組成。在本發(fā)明的實施例中，所述二向色濾光器可以包括具有不同折射 率的兩種或更多種材料的交替層。這種基于干涉疊層的濾光器非常適合作為選擇性透射和選擇性反 射濾光器，因為它們能夠容易地適于選擇性反射和透射不同波長的光， 并且對于感興趣的波長具有很低的吸收性。在本發(fā)明的實施例中，所述準直漏斗體的每一個的輸出區(qū)與所述 準直漏斗體中的至少一個其它準直漏斗體的輸出區(qū)基本完全重疊。當這些準直器的輸出區(qū)完全重疊時，無論是照明單元的哪個發(fā)光 二極管產(chǎn)生光，來自光源的所有光都將通過相同區(qū)域而離開準直結(jié)構(gòu)。 因此，光的形狀、方向和強度橫截面對于照明單元的所有發(fā)光二極管 都將基本相同。這會提供很好的顏色混合。在本發(fā)明的實施例中，光積分光學裝置可以被布置在所述照明模 塊和所述至少一個投影透鏡之間的光束路徑中.當適用時，光積分光 學裝置被布置在所述照明模塊和圖像形成裝置之間的光束路徑中。如果必要的話，積分光學裝置可以用來進一步對來自照明模塊的 光進行積分，以使得強度和顏色分布在來自照明模塊的光束的橫截面 上基本均勻。例如，光積分光學裝置可以包括復眼(fly-eye)積分器.復眼積分器可以用來把來自照明模塊的光束的橫截面的任何特定 部分的光投影到基本整個投影透鏡上或圖像形成裝置(當圖像形成裝 置存在時)上，結(jié)果形成對投影透鏡或圖像形成裝置的很均勻的照明。在本發(fā)明的實施例中，光積分光學裝置可以包括布置在照明模塊 上的積分通道。直接布置在照明模塊上的積分通道將從很緊湊的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很均勻 的強度和顏色分布。在第二方面中，本發(fā)明還涉及一種用于投影顯示裝置的圖像光生 成系統(tǒng)，該圖像光生成系統(tǒng)包括如本說明書中定義的照明模塊和圖像 形成裝置，該圖像形成裝置被布置成由所述照明模塊照明并且對來自 所述照明模塊的光進行空間調(diào)制以形成圖像光。


現(xiàn)在將參照示出了本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例的附圖，更詳細地描 述本發(fā)明的這個方面以及其他方面。圖la示出在本發(fā)明的投影顯示裝置中使用的照明模塊的一個實施例。圖lb示出在本發(fā)明的投影顯示裝置中使用的照明模塊的另一個實 施例。圖2示出在本發(fā)明的投影顯示裝置中使用的照明模塊的又一個實 施例。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的一個實施例。 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的另一個實施例。 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的投影顯示裝置的又一個實施例。
具體實施方式
本發(fā)明在一個方面中涉及投影顯示裝置，該投影顯示裝置包括照 明模塊和至少一個用于將來自照明模塊的光投射到投影屏幕上的投影 透鏡。典型地，投影顯示裝置還包括圖像形成裝置，該圖像形成裝置 被布置在照明模塊和所述至少 一個投影透鏡之間的光束路徑中。在另一個方面中，本發(fā)明涉及用于投影顯示裝置的圖像形成系統(tǒng)。這樣的圖像形成系統(tǒng)包括照明模塊和圖像形成裝置，該圖像形成裝置被布置成由來自照明模塊的光照明并且把照明光空間調(diào)制為圖像光，該圖像光然后能夠被投射到投影屏幕上。因此，本文關(guān)于照明系統(tǒng)和圖像形成裝置的任何描述都適用于投 影顯示裝置和圖像光生成系統(tǒng)這兩者。在典型的投影顯示裝置中，來自一個或多個光源的照明光入射(即 照明)到一個或多個圖像形成裝置上。此后，來自圖像形成裝置的光 被投射到投影屏幕上。圖像形成裝置可以是透射式裝置，其中通過圖 像形成裝置透射的光被投射到投影屏幕上，或者可替代地，圖像形成 裝置可以是反射式圖像形成裝置，其中在裝置上反射的光被投射到投 影屏幕上。來自圖像形成裝置的光典型地通過在圖像形成裝置和投影屏幕之 間布置的投影光學系統(tǒng)、比如透鏡系統(tǒng)來投射(會聚和導向)，光學元件(比如中繼透鏡系統(tǒng)、光積分器等等)可以被布置在照 明模塊和圖像形成裝置之間的光束路徑中以適當?shù)卣彰髟搱D像形成裝 置。反射類型的圖像形成裝置包括但不限于諸如LCoS (硅基液晶)之 類的LCD類型或者諸如DLPTM之類的數(shù)字微鏡裝置(DMD)類型以及本 領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其它類型，其中由裝置選擇性反射的光構(gòu)成 圖像光。透射類型的圖像形成裝置包括但不限于透射式液晶盒，其中通過 裝置選擇性透射的光構(gòu)成圖像光。雖然以下描述針對的是LCD類型和DMD類型的圖像形成裝置這兩 者，但是其意圖不是要把該發(fā)明的范圍限制為僅這兩種類型的圖像形 成裝置，并且本文所描述的照明模塊可以與其它類型的用于形成由投 影系統(tǒng)所投射的圖像的裝置 一起使用?，F(xiàn)在將參照圖la詳細描述照明模塊，圖la示出了包括兩個照明 單元的簡化實施例，每個照明單元包括發(fā)光二極管和準直漏斗體。如本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白的，且如下面將在照明模塊的優(yōu)選實施 例中描述的，照明模塊可能非常適合于多于兩個的發(fā)光二極管以及多 于兩個的準直器，比如三個、四個或五個發(fā)光二極管和準直器。適合用于本發(fā)明的投影顯示裝置或圖像生成系統(tǒng)的照明模塊100包括第一照明單元103和第二照明單元104。
每個照明單元103、 104包括在相應發(fā)光二極管113、 114的前面 布置的準直漏斗體130、 140。
如本文所使用的，術(shù)語"在…前面"和"在…后面"是相對術(shù)語 以描述一個物體相對于另一個物體的位置，這是在通過本發(fā)明的顯示 裝置的光的主方向上所認定的，其中光的主方向是從光源到投影屏幕， 來自光源的光最終照明該投影屏幕。
這些光源由多個發(fā)光二極管113、 114構(gòu)成，這些發(fā)光二極管發(fā)射 不同波長光譜的光，即發(fā)射不同顏色或色溫的光。
第一發(fā)光二極管113發(fā)射第一波長光譜(例如第一顏色)的光， 而第二發(fā)光二極管114發(fā)射第二波長光譜(例如第二顏色)的光.
發(fā)光二極管113、 114典型地被并排布置在基板(未示出)上并且 發(fā)射基本相同的總體方向上的光，其中平均方向沿基板的法線。
所述多個發(fā)光二極管典型地是可獨立尋址的，從而來自第一發(fā)光 二極管113的光強能夠獨立于來自照明模塊100中的第二發(fā)光二極管 114的強度而受控。
如本文所使用的，"發(fā)光二極管"涉及所有不同類型的發(fā)光二極 管(LED)，包括基于有機物的LED、基于聚合物的LED以及基于無機 物的LED,它們在處于操作模式時發(fā)射從紫外到紅外的任何波長或波長 區(qū)間的光。在本申請的上下文中，發(fā)光二極管還被認為涵蓋激光二極 管，即發(fā)射激光的發(fā)光二極管.
在每個發(fā)光二極管113、 114的前面布置光準直漏斗體130、 140， 所述準直漏斗體適于接收由其相應發(fā)光二極管113、 114發(fā)射的至少一 部分光并且使所接收的光準直。
如本文所使用的，術(shù)語"準直器"和"準直漏斗體"指的是能夠 接收電磁(EM)輻射(例如，從UV到IR區(qū)間內(nèi)的光)并且降低所接 收EM輻射的角度上的擴展角的光學元件。
每個準直漏斗體130、 140具有接收區(qū)131、 141和輸出區(qū)132、 142 以及連接接收區(qū)與相應輸出區(qū)的側(cè)壁133、 143。輸出區(qū)132、 142大于 相應的接收區(qū)131、 141。
側(cè)壁133、 143通常從接收區(qū)131、 141到輸出區(qū)132、 142向外逐 漸呈錐形。因此，每個準直器130、 140是漏斗狀的(funnel shaped)。第一準直漏斗體130被布置在第一發(fā)光二極管113的前面以形成 第一照明單元。第一準直漏斗體130的側(cè)壁133對于來自第一發(fā)光二 極管113的光是反射性的。因此，來自第一發(fā)光二極管的光將在第一 準直漏斗體中被準直。
笫二準直漏斗體140被布置在第二發(fā)光二極管114的前面。第二 準直漏斗體的側(cè)壁143對于來自第二發(fā)光二極管114的光是反射性的。 因此，來自第二發(fā)光二極管的光將在第二準直漏斗體中被準直。
第一準直漏斗體130的輸出區(qū)132與第二準直漏斗體140的輸出 區(qū)142重疊。
因此，第一準直漏斗體130的側(cè)壁133的一部分135位于第二準 直器140內(nèi)，即在第二準直漏斗體140的接收區(qū)141和輸出區(qū)142之 間的光路中，因而第二準直漏斗體140的側(cè)壁143的一部分145位于 第一準直漏斗體130內(nèi)。
位于第二準直漏斗體140內(nèi)、尤其是在接收區(qū)141和輸出區(qū)1" 之間的光束路徑中的第一準直漏斗體130的側(cè)壁133的這部分135被 布置成使其對來自第二發(fā)光二極管114的光是透射性的，即對第二波 長光譜的光透射，同時對來自第一發(fā)光二極管113的光是反射性的，
即對第一波長光譜的光反射。
以類似的方式，位于第一準直器130內(nèi)、尤其是在接收區(qū)131和 輸出區(qū)132之間的光束路徑中的第二準直漏斗體140的側(cè)壁143的這 部分145被布置成使其對來自第一發(fā)光二極管113的光是透射性的， 即對第一波長光譜的光透射，同時對來自第二發(fā)光二極管114的光是 反射性的，即對第二波長光譜的光反射。
結(jié)果，來自第一發(fā)光二極管113的光將基本獨立于第二發(fā)光二極 管114的光而被準直，即使第一準直漏斗體130部分地位于第二準直 漏斗體140內(nèi)，反之亦然。
部分135和145的選擇性透射及反射特性可以通過向側(cè)壁的這些 部分提供反射一種顏色的光同時透射另一種顏色的光的濾光器來實 現(xiàn)。
對一種波長光譜的光透射而對另一波長光譜反射的濾光器對本領(lǐng) 域技術(shù)人員是已知的，例如在共同術(shù)語下為二向色濾光器(dichroic filter),如本文所使用的，術(shù)語"二向色濾光器"涉及一種反射一個或多個波長或波長范圍的電磁輻射并透射其它波長或波長范圍的輻射 的濾光器。
二向色濾光器可以具有高通、低通、帶通或帶阻類型。
用于本發(fā)明的二向色濾光器的優(yōu)選示例包括所謂的干涉疊層
(interference stack)。干涉疊層是含有具有不同折射率和/或厚度
的交替材料層的多層疊層。
干涉疊層的一個示例包括1&205和Si02的交替層，其中每層的厚度
典型地大約等于空氣中的波長的四分之一除以折射率，其中空氣中的 波長等于二向色濾光器反射的光的主波長。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的且適合用于本發(fā)明的二向色濾光器的其它 示例是基于膽甾型液晶、所謂的光子晶體或者全息層的這種濾光器。
此外，二向色濾光器可以是非理想的，即對處于濾光器要反射光 的波長范圍內(nèi)的光不是反射100%和/或?qū)μ幱跒V光器要透射光的波長 范圍內(nèi)的光不是透射100。/。。
因而，術(shù)語"對第一波長光諳的光反射而對第二波長光譜的光透 射的濾光器"被認為是"至少部分地反射第一波長光譜的光并且至少 部分地透射第二波長光譜的光的濾光器"。
此外，這樣的濾光器可以被設(shè)計成反射兩個波長光譜的光同時透 射第三波長光譜，例如反射紅光和綠光同時透射藍光。
典型地，濾光器被布置成側(cè)壁上的涂層，但其自身也可以構(gòu)成側(cè)壁。
對至少一個波長區(qū)間的光反射的準直器的側(cè)壁可以通過自支撐的 壁元件、兩個固體之間的界面或者固體和周圍大氣之間的界面來構(gòu)成，
在用于本發(fā)明的照明模塊的優(yōu)選實施例中，光源能夠產(chǎn)生許多不 同顏色的光。因而，優(yōu)選的是光源包括發(fā)射三種或更多顏色的光的三 個或更多發(fā)光二極管。這種照明單元的示例包括三色照明單元，例 如能夠發(fā)射紅光、綠光和藍光以及其任意組合；四色照明單元，例如 能夠發(fā)射紅光、綠光、藍光和琥珀色光以及其任意組合；以及五色照 明單元，例如能夠發(fā)射紅光、黃光、綠光、青光和藍光以及其任意組 合。
照明模塊的上述實施例能夠被修改成包括三個或更多照明單元， 如圖lb所示，其中還包括第三照明單元105,該第三照明單元105包括第三發(fā)光二極管115和第三準直漏斗體150。如同上面描述的兩個準 直漏斗體130和140,第三準直漏斗體的側(cè)壁153被布置成使得位于另 一個準直漏斗體內(nèi)的部分155對于來自與該其它準直漏斗體對應的發(fā) 光二極管的光是透射性的。
圖2示出用于本發(fā)明的照明模塊200的優(yōu)選實施例。
照明模塊200包括四個可獨立尋址的發(fā)光二極管211、 212、 213 和214以及在這些光源的前面布置的準直結(jié)構(gòu)，每個發(fā)光二極管發(fā)射 不同波長光譜(即顏色)的光而且被并排布置成2x2 LED矩陣，例如 形成RGBA (紅、綠、藍、琥珀色)LED芯片。
準直結(jié)構(gòu)220包括第一 V形輪廓表面230和第二 V形輪廓表面240， 第二 V形輪廓表面240與第一 V形輪廓表面230相交以形成四條分離 的交叉線251、 252、 253和254。
每個V形輪廓表面230、 240包括第一分支(leg) 231、 241和第 二分支232、 242以及連接第一分支231、 241與第二分支232、 242的 邊緣235和245。
V形輪廓表面230、 240的邊緣235和245朝向光準直元件220的 光接收側(cè)221、即朝向發(fā)光二極管而被布置。
第一輪廓表面230的第一分支231被布置在第一發(fā)光二極管211 和第二發(fā)光二極管212的前面。第一輪廓表面230的第二分支232被 布置在第三發(fā)光二極管213和第四發(fā)光二極管214的前面。
第二輪廓表面240的第一分支241被布置在第一發(fā)光二極管211 和第三發(fā)光二極管213的前面。第二輪廓表面240的第二分支242被 布置在第二發(fā)光二極管212和第四發(fā)光二極管214的前面。
此外，第一發(fā)光二極管211被布置在第一輪廓表面230的第一分 支231和第二輪廓表面240的第一分支241之間的交叉線251的后面. 第二發(fā)光二極管212被布置在第一輪廓表面230的第一分支231和第 二輪廓表面240的第二分支242之間的交叉線252的后面。第三發(fā)光 二極管213被布置在第一輪廓表面230的第二分支232和第二輪廓表 面240的第一分支241之間的交叉線253的后面。第四發(fā)光二極管214 被布置在第一輪廓表面230的第二分支232和第二輪廓表面240的第 二分支242之間的交叉線254的后面。
第一 V形輪廓表面230的第一分支231對于由第一和第二發(fā)光二極管211、 212發(fā)射的光是透射性的，但對于由與第一和笫二發(fā)光二極 管相對的二極管(即第三和第四發(fā)光二極管213、 214)發(fā)射的光是反 射性的。
第一 V形輪廓表面230的第二分支232對于由第三和第四發(fā)光二 極管213、 214發(fā)射的光是透射性的，但對于由與第三和笫四發(fā)光二極 管相對的二極管(即第一和第二發(fā)光二極管211、 212)發(fā)射的光是反 射性的。
第二 V形輪廓表面240的第一分支241設(shè)有第三二向色濾光器， 該第三二向色濾光器對于由第一和第三發(fā)光二極管211、 213發(fā)射的光 是透射性的，但對于由第二和第四發(fā)光二極管212、 214發(fā)射的光是反 射性的。
第二 V形輪廓表面240的第二分支242設(shè)有第四二向色濾光器， 該第四二向色濾光器對于由第二和第四發(fā)光二極管212、 214發(fā)射的光 是透射性的，但對于由第一和第三發(fā)光二極管211、 213發(fā)射的光是反 射性的。
V形輪廓表面的分支就其整個延伸上的透射和反射而言不必具有 相同的特性。例如，可能的是濾光器在分支的不同域中關(guān)于反射和透 射具有某些不同的特性。
來自第一發(fā)光二極管211的光將穿過第一 V形輪廓表面230的第 一分支231，并且還穿過第二 V形輪廓表面240的第一分支241，但將 在第一 V形輪廓元件的第二分支232上以及在第二 V形輪廓元件130 的第二分支242上被反射。因為第一 V形輪廓元件的第二分支232以 及在第二 V形輪廓元件130的第二分支242遠離第一發(fā)光二極管211 傾斜，所以其光將朝準直結(jié)構(gòu)220的輸出側(cè)222被反射，因而來自這
個發(fā)光二極管的光將被準直。
罩(jacket) 260被布置成圍繞準直結(jié)構(gòu)的垂直側(cè)。因而，基本所 有離開該結(jié)構(gòu)的光都將穿過輸出側(cè)222.為了進一步提高裝置的光利用 效率，革260的內(nèi)表面可以是反射性的，從而使得遇到這種側(cè)壁的光 將被反射回到準直結(jié)構(gòu)220內(nèi)并且最終通過輸出側(cè)222離開該結(jié)構(gòu)。 為了最高的效率，這種反射性內(nèi)表面優(yōu)選地是全光譜反射的。
用于對來自笫一發(fā)光二極管211的光進行準直的第一準直漏斗體 因而由第一V形輪廓表面的第二分支232、第二V形輪廓表面的第二壁242以及罩260的內(nèi)壁形成，該第一漏斗體連同所述第一發(fā)光二極管
211 —起形成第一照明單元，
用于對來自第二發(fā)光二極管212的光進行準直的第二準直漏斗體 由第一 V形輪廓表面的第二分支232、第二 V形輪廓表面的第一分支 242以及罩260的內(nèi)壁形成，該第二漏斗體連同所述第二發(fā)光二極管
212 —起形成第二照明單元。
用于對來自第三發(fā)光二極管213的光進行準直的第三準直漏斗體 由第一 V形輪廓表面的第一分支231、第二 V形輪廓表面的第二分支 242以及罩260的內(nèi)壁形成，該第三漏斗體連同所述第三發(fā)光二極管
213 —起形成第三照明單元。
用于對來自第四發(fā)光二極管214的光進行準直的第四準直漏斗體 由第一 V形輪廓表面的第一分支231、第二 V形輪廓表面的第一分支 241以及軍260的內(nèi)壁形成，該第四漏斗體連同所述第四發(fā)光二極管
214 —起形成第四照明單元。
因而，來自所有四個發(fā)光二極管的光都將彼此基本獨立地被準直 并且將通過其輸出側(cè)222離開光準直結(jié)構(gòu)220,由于來自所有四個發(fā)光 二極管的光都通過相同區(qū)域而離開準直結(jié)構(gòu)，所以提供了良好的顏色 混合。因而，在相同的結(jié)構(gòu)中執(zhí)行準直和混合。
在下文中，將描述本發(fā)明的投影顯示裝置。如本領(lǐng)域技術(shù)人員認 識到的，如本發(fā)明所限定的任何照明模塊(且不限于上面所描述的那 些)可以用于下面描述的以下投影顯示裝置中的任一種。
投影顯示裝置300的一個實施例在圖3中示出并且包括如本說明 書所限定的照明模塊301以及基于透射式LC (液晶)的圖像形成裝置 302，它們一起形成圖像光生成系統(tǒng)。
照明模塊照明圖像形成裝置302，該圖像形成裝置302選擇性地讓 光通過其透射。
投影顯示裝置300還包括一個或多個控制單元303，以控制來自照 明模塊301的光發(fā)射且控制光通過圖像形成裝置302的透射.
顯示裝置300還包括投影透鏡系統(tǒng)304，以用于將通過圖像形成裝 置302透射的光會聚到投影屏幕305上。
投影顯示裝置400的另一個實施例示于圖4中并且包括圖像光生 成系統(tǒng)，該圖像光生成系統(tǒng)包括如本說明書所限定的照明模塊401以及基于反射式LCoS (硅基液晶)的圖像形成裝置402。
顯示裝置400還包括一個或多個控制單元403以控制來自照明模 塊401的光發(fā)射且控制LCoS裝置402的像素的開關(guān)狀態(tài)。
來自照明模塊401的光經(jīng)由一系列的中繼光學裝置404和偏振分 束器405照明LCoS裝置402。來自分束器的光被線性偏振，并且對于 處于開狀態(tài)的LCoS裝置的像素而言，光將被反射到具有反向偏振的分 束器405中。反射的光穿過分束器405經(jīng)由投影透鏡系統(tǒng)407朝向投 影屏幕406。
投影顯示裝置500的又一個實施例示于圖5中并且包括圖像光生 成系統(tǒng)，該圖像光生成系統(tǒng)包括如本說明書所限定的照明模塊501以 及基于反射式數(shù)字微鏡(DMD)的圖像形成裝置502.
顯示裝置500還包括一個或多個控制單元503以控制來自照明模 塊501的光發(fā)射且控制DMD裝置502的像素的開關(guān)狀態(tài)。
來自照明模塊501的光經(jīng)由一系列的中繼光學裝置504和鏡505 來照明DMD裝置502。
對于處于開狀態(tài)的DMD裝置的像素而言，光將經(jīng)由投影透鏡系統(tǒng) 507朝投影屏幕506被反射。
此外，如本實施例所示出的，但這可適用于根據(jù)本發(fā)明的投影顯 示器的所有實施例，光積分光學裝置508可以被布置在照明模塊501 和圖像形成裝置502之間的光路中。光積分光學裝置508的功能是， 如果需要的話，要進一步使來自照明模塊的光均勻，從而使得基本整 個圖像形成裝置能夠用相同強度和顏色內(nèi)容的光進行照明。在優(yōu)選實 施例中，光積分光學裝置508包括復眼(fly， s-eye)積分器。復眼 積分器典型地包括布置在一個平面上的至少第一透鏡陣列509，該平面 的法線沿通過該平面的光的方向?qū)?，并且復眼積分器典型地還包括 布置在該笫一陣列509的前面的第二此類陣列510。兩個透鏡陣列509、 510之間的距離基本對應于這些陣列的透鏡的焦距。在透鏡陣列509、 510的前面，布置會聚透鏡或透鏡系統(tǒng)511，其焦距F對應于到圖像形 成裝置的距離。利用這一配置，第一透鏡陣列509的每個透鏡挑選離 開照明模塊的光的某一部分并且將這個部分成像到整個微顯示面板 上。
為了使其工作，離開照明模塊并進入復眼積分器的光的角展度應當足夠小，典型地小于約30。。通過如本發(fā)明所用的照明模塊，能夠容易地獲取低于30°的角展度。因此，沒有絕對必要將任何附加的準直光學裝置定位在照明模塊和積分器之間的光路中。
可替代地，可以在照明模塊的前面布置積分光學裝置，比如在照明模塊上布置積分光學裝置，以進一步使來自照明模塊的光均勻，其中積分光學裝置包括積分通道，即具有反射側(cè)壁的透射性通道(空心的或由透射性材料制成)。
這種積分通道可以具有圓柱形的形狀(隧道的側(cè)壁平行)，或者可以具有類似漏斗的形狀，從而通道的橫截面隨著離照明模塊的距離而增加。通過使用漏斗形的通道，人們能夠進一步調(diào)諧光的準直度以更好地匹配圖像形成裝置的大小和/或更好地匹配投影透鏡的接受角。
本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到，本發(fā)明絕不限于上面描述的優(yōu)選實施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以進行許多修改和變更。例如，在上面描述的實施例的示圖中，準直器的側(cè)壁被示為是直的，在這種意義上側(cè)壁的表面和基板的法線之間的角度是常數(shù)，與離基板的距離無關(guān)。
然而，本發(fā)明不限于此。事實上，在某些情況下可能有利的是側(cè)壁的表面和基板的法線之間的角度隨著離基板的距離而變化，尤其是減小。例如，準直器的側(cè)壁可以彎曲以使得準直器的橫截面類似于拋物線的橫截面。 一個這種示例是通常稱為復合拋物線準直器的準直器形狀。對于這種準直器形狀，準直器的高度與直壁準直器相比可以被減少，以便獲取相同的準直度。因此，可預期的是，如上面結(jié)合上述實施例之一使用的術(shù)語"V形輪廓表面"還應當涵蓋"U形輪廓表面"。此外，上面說明和描述的投影顯示裝置的實施例僅是其中可以使用如本發(fā)明使用的照明模塊的投影顯示裝置的示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員會認識到，本發(fā)明的范圍包括所有其中如本發(fā)明所限定的照明模塊用來照明圖像形成裝置的投影顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種投影顯示裝置(300)，包括照明模塊(100；200；301)和用于將來自所述照明模塊(301)的光投射到投影屏幕(305)上的至少一個投影透鏡(304)，所述照明模塊包括至少兩個照明單元(103，104)，每個照明單元包括在相應發(fā)光二極管(113，114)的前面布置的準直漏斗體(130，140)，每個準直漏斗體(130，140)包括朝所述相應發(fā)光二極管(113，114)布置的輸入?yún)^(qū)(131，141)、比所述輸入?yún)^(qū)(131，141)大的輸出區(qū)(132，142)以及連接所述輸入?yún)^(qū)(131，141)與所述輸出區(qū)(132，142)的側(cè)壁(133，143)，其中每個準直漏斗體(130，140)的側(cè)壁(133，143)對于來自相應發(fā)光二極管(113，114)的光是反射性的，每個準直漏斗體(130)的輸出區(qū)(132)與所述至少兩個準直漏斗體中的至少一個其它準直漏斗體(140)的輸出區(qū)(142)至少部分地重疊，每個準直漏斗體(130，140)的側(cè)壁的一部分(135，145)對于來自發(fā)光二極管(114，113)的光是透射性的，所述部分位于所述至少兩個準直漏斗體(140，130)中的一個其它準直漏斗體的輸入?yún)^(qū)(141，131)和輸出區(qū)(142，132)之間的光路中，所述發(fā)光二極管(114，113)對應于所述一個其它準直漏斗體(140，130)。
2. 如權(quán)利要求1所述的投影顯示裝置，還包括圖像形成裝置(302 )， 所述圖像形成裝置(302 )布置在所述照明模塊(301)和所述至少一 個投影透鏡(304 )之間的光束路徑中以由所述照明模塊(301)照明， 其中所述圖像形成裝置(302 )對來自所述照明模塊(301)的光進行 空間調(diào)制，以形成將被所述投影透鏡(304 )投射的圖像光。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的投影顯示裝置，其中所述照明模塊 (100， 200 )包括至少三個照明單元，比如至少四個照明單元。
4. 如前面權(quán)利要求中任一項所迷的投影顯示裝置，其中準直漏斗 體(130, 140 )的側(cè)壁的所述部分(135， 145)設(shè)有二向色濾光器， 該二向色濾光器對來自所述其它照明單元(140， 130)的發(fā)光二極管(114， 113)的光是透射性的。
5. 如權(quán)利要求4所述的投影顯示裝置，其中所述二向色濾光器包括具有不同折射率的兩種或更多種材料的交替層.
6. 如前面權(quán)利要求中任一項所述的投影顯示裝置，其中所述準直 漏斗體(130, "0)的每一個的輸出區(qū)(132， I")與所述準直漏斗 體(l40， 130)中的至少一個其它準直漏斗體的輸出區(qū)(l"， 132) 完全重疊。
7. 如前面權(quán)利要求中任一項所述的投影顯示裝置(500 )，其中光 積分光學裝置(508 )被布置在所述照明模塊(501)和所述至少一個 投影透鏡(504 )之間的光束路徑中。
8. 如權(quán)利要求7所述的投影顯示裝置，其中所述光積分光學裝置 (508 )包括復眼積分器(509， 510)。
9. 如權(quán)利要求7所述的投影顯示裝置，其中所述光積分光學裝置 包括布置在照明模塊上的積分通道。
10. 如前面權(quán)利要求中任一項所述的投影顯示器，其中所述照明模 塊(200 )包括以四邊形布置的四個光源(211, 212, 213， 214)以及 布置在所述光源的前面的準直結(jié)構(gòu)(220 )，所述準直結(jié)構(gòu)具有用于接 收來自所述光源的光的接收側(cè)(221)以及相對的輸出側(cè)(222 )，其中所述準直結(jié)構(gòu)(220 )包括兩個相交的V形輪廓表面(230, 240 )， 所述V形輪廓表面的邊緣(235， 245 )布置成朝向所述接收面(221)，所述準直結(jié)構(gòu)(220 )被布置在所述光源(211， 212， 213， 214) 的前面，以使得所述光源中的每個光源都位于所述兩個V形輪廓表面 (230， 240 )之間的分離交叉線(251， 252， 253， 254 )的后面，所述V形表面的每個分支(231， 232, 241， 242 )設(shè)有二向色濾 光器，該二向色濾光器對來自布置在所述分支的后面的那對相鄰光源 的光是透射性的而對來自相對的那對相鄰光源的光是反射性的。
11. 一種用于投影顯示裝置的圖像光生成系統(tǒng)，包括照明模塊 (100， 200， 301)和圖像形成裝置(302 )，該圖像形成裝置被布置成由所述照明模塊照明并且對來自所述照明模塊(301)的光進行空間 調(diào)制以形成圖像光，其中照明模塊包括至少兩個照明單元(103， 104)，每個照明單元包括在相應發(fā)光 二極管(113， 114)的前面布置的準直漏斗體(130， 140)，每個準直漏斗體(130, 140 )包括朝所述相應發(fā)光二極管(113，114)布置的輸入?yún)^(qū)(131， 141)、比所述輸入?yún)^(qū)(131， 141)大的輸出區(qū)(132， 142)以及連接所述輸入?yún)^(qū)(131， 141)與所述輸出區(qū)(132，142)的側(cè)壁(133， 143)，其中每個準直漏斗體(130， 140)的側(cè)壁(133， 143)對于來自相應發(fā)光二極管(113， 114)的光是反射性的，每個準直漏斗體(130)的輸出區(qū)(132)與所述至少兩個準直漏斗體中的至少一個其它準直漏斗體(140)的輸出區(qū)(142)至少部分地重疊，每個準直漏斗體(130)的側(cè)壁的一部分(135)對于來自發(fā)光二極管(114)的光是透射性的，所述部分位于所述至少兩個準直漏斗體中的一個其它準直漏斗體(140)的輸入?yún)^(qū)(141)和輸出區(qū)(142)之間的光路中，所述發(fā)光二極管(114)對應于所述一個其它準直漏斗體(140)。
全文摘要
提供了一種投影顯示裝置，其包括照明模塊(100；200；301)和用于將來自所述照明模塊(301)的光投射到投影屏幕(305)上的至少一個投影透鏡(304)。照明模塊(100)包括至少兩個照明單元(103，104)，每個照明單元包括發(fā)光二極管(113，114)和布置在發(fā)光二極管(113，114)的前面的準直漏斗體(130，140)。兩個漏斗體的輸出區(qū)(132，142)至少部分重疊。因此，在相同結(jié)構(gòu)中可以進行光準直和混合，從而產(chǎn)生光學徑角性守恒的照明模塊。
文檔編號H04N9/31GK101543083SQ200780043926
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者M·P·C·M·克里恩, R·P·范戈科姆 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司